KR20120074060A - 열차 운행 시뮬레이션 장치 및 이를 포함하는 열차 운행 시뮬레이션 시스템 - Google Patents

열차 운행 시뮬레이션 장치 및 이를 포함하는 열차 운행 시뮬레이션 시스템 Download PDF

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KR20120074060A
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Abstract

정상 상황뿐만 아니라 비상 상황에서도 열차 운행을 시뮬레이션 할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 열차 운행 시뮬레이션 장치는, 열차 운행 시뮬레이션을 위한 가상의 철도 네트워크를 구축하는 가상 철도 네트워크 구축모듈; 정상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 제1 시나리오 데이터에 따라 상기 가상 철도 네트워크 상에서 적어도 하나의 알고리즘을 실행함으로써 상기 정상 상황에서의 열차 운행을 시뮬레이션 하는 제1 시뮬레이터; 비상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 제2 시나리오 데이터에 따라 상기 가상 철도 네트워크 상에서 적어도 하나의 알고리즘을 실행함으로써 상기 비상 상황에서의 열차 운행을 시뮬레이션 하는 제2 시뮬레이터; 및 비상 상황 이벤트 발생 여부에 따라 상기 제1 시뮬레이터 및 제2 시뮬레이터 중 어느 하나의 시뮬레이터를 상기 열차 운행 시뮬레이션을 위한 시뮬레이터로 선택하는 시뮬레이터 선택 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열차 운행 시뮬레이션 장치 및 이를 포함하는 열차 운행 시뮬레이션 시스템{Apparatus for Simulating Train Operation and System for Simulating Train Operation Comprising That Apparatus}
본 발명은 시뮬레이션 시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 열차 운행을 시뮬레이션 하는 장치 및 시스템에 관한 것이다.
고성능 컴퓨터의 보급 증가와 컴퓨터 그래픽 기술의 비약적인 발전에 힘입어, 현실의 현상 또는 사건을 모델링 하여 가상으로 수행시키는 시뮬레이션 (Simulation)이 널리 이용되고 있다. 시뮬레이션은 비용과 시간을 절감시켜 줄 뿐 아니라 실제 상황에서 할 수 없는 가상적인 시험(또는 실험)을 수행하기도 하며, 또한, 다양한 장르의 게임으로도 사용되고 있다.
최근 철도 시스템의 확장 및 경량전철이나 PRT(Personal Rapid Transit)와 같은 무인형 열차의 도입으로 인해 철도에서 발생되는 상황을 시뮬레이션(Simulation)할 수 있는 열차 운행 시뮬레이션 시스템이 주목 받고 있다.
그러나, 일반적인 열차 운행 시뮬레이션 시스템의 경우, 정상 상황에서 열차의 운행을 시뮬레이션 할 수 있었을 뿐 선로나 역사 내에서 사고가 발생하는 등과 같은 비상 상황에서는 열차의 운행을 시뮬레이션 할 수 없었고, 정상 상황에서 열차의 운행을 시뮬레이션 함에 있어서도 차량기지와 본선을 종합적으로 시뮬레이션 할 수 없었다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정상 상황뿐만 아니라 비상 상황에서도 열차 운행을 시뮬레이션 할 수 있고, 차량기지와 본선을 종합적으로 시뮬레이션 할 수 있는 열차 운행 시뮬레이션 장치 및 이를 포함하는 열차 운행 시뮬레이션 시스템을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 열차 운행 시뮬레이션 장치는, 열차 운행 시뮬레이션을 위한 가상의 철도 네트워크를 구축하는 가상 철도 네트워크 구축모듈; 정상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 제1 시나리오 데이터에 따라 상기 가상 철도 네트워크 상에서 적어도 하나의 알고리즘을 실행함으로써 상기 정상 상황에서의 열차 운행을 시뮬레이션 하는 제1 시뮬레이터; 비상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 제2 시나리오 데이터에 따라 상기 가상 철도 네트워크 상에서 적어도 하나의 알고리즘을 실행함으로써 상기 비상 상황에서의 열차 운행을 시뮬레이션 하는 제2 시뮬레이터; 및 비상 상황 이벤트 발생 여부에 따라 상기 제1 시뮬레이터 및 제2 시뮬레이터 중 어느 하나의 시뮬레이터를 상기 열차 운행 시뮬레이션을 위한 시뮬레이터로 선택하는 시뮬레이터 선택 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 열차 운행 시뮬레이션 시스템은, 가상 철도 네트워크의 유형 및 규모에 따라 열차 운행 시뮬레이션에 이용될 시뮬레이션 모형을 결정하고, 상기 결정된 시뮬레이션 모형에 따라 정상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 제1 시나리오 데이터를 이용하여 정상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 수행하고, 비상 상황 이벤트가 발생되면 비상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 제2 시나리오 데이터를 이용하여 비상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 수행함으로써 시뮬레이션 결과 데이터를 생성하는 시뮬레이션 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 열차 운행 시뮬레이션 장치는, 정상 상황뿐만 아니라 비상 상황에서도 열차의 운행을 시뮬레이션 할 수 있기 때문에, 다양한 환경 하에서 열차의 운행을 분석할 수 있고, 이로 인해 시뮬레이션 시스템의 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 열차 운행 시뮬레이션 장치는, 차량기지와 본선을 개별적으로 시뮬레이션 분석 할 수 있을 뿐만 아니라 차량기지와 본선을 동시에 시뮬레이션 할 수 있으므로 본선과 차량기지의 운영대안을 종합적으로 검증할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 운행 시뮬레이션 시스템의 개략적인 블럭도.
도 2는 도 1에 도시된 시뮬레이션 장치의 개략적인 블럭도.
도 3은 도 2에 도시된 가상 철도 네트워크 구축모듈의 개략적인 블럭도.
도 4는 도 2에 도시된 시뮬레이션 모형 결정모듈의 개략적인 블럭도.
도 5은 도 1에 도시된 열차 운행 시뮬레이션 시스템의 물리 구성도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 상세한 설명에 앞서 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 운행 시뮬레이션 장치(이하, '시뮬레이션 장치'라 함)가 적용되는 열차 운행 시뮬레이션 시스템에 대해 도 1을 참조하여 간략하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열차 운행 시뮬레이션 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블럭도이다. 도 1에 도시된 열차 운행 시뮬레이션 시스템(100)은 선로 상에서 이동하는 열차의 운행을 시뮬레이션함에 있어서 철도 네트워크 구성을 위한 다양한 데이터의 입력, 시뮬레이션의 수행, 및 시뮬레이션 결과에 대한 리포트 작성 등의 작업을 용이하게 해준다.
특히, 본 발명에 따른 열차 운행 시뮬레이션 시스템(100)은, 시뮬레이션 대상이 되는 열차의 유형(예컨대, 경량전철, 중량전철, 모노레일, PRT(Personal Rapid Train) 등)에 따라 적응적으로 적용될 수 있는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 철도 네트워크 편집장치(110), 시뮬레이션 장치(120), 시뮬레이션 결과 출력장치(130), 및 데이터베이스 관리 장치(160)를 포함한다.
철도 네트워크 편집장치(110)는 디지털 영상화된 지도 또는 미리 정해진 형식의 도면 파일 상에서 GUI(Graphic User Interface)를 통해 입력되는 정보를 통해 가상의 철도 네트워크 구축을 위한 철도망 데이터, 철도 시설물 데이터, 열차 운행 스케쥴 데이터, 열차 데이터, 승객 수요 데이터, 시뮬레이션에 필요한 파라미터 데이터, 및 시나리오 데이터를 생성한 후, 이를 데이터베이스 관리장치(160)를 통하여 데이터베이스(170)에 저장한다.
여기서, 시나리오 데이터에는 차량기지와 본선이 정상적으로 운영 가능한 정상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션 수행을 위한 제1 시나리오 데이터와 차량기지와 본선이 정상적으로 운영 가능하지 않은 비상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션 수행을 위한 제2 시나리오 데이터를 생성한다.
일 실시예에 있어서, 제1 시나리오 데이터에는, 단일노선, 급행노선, 분기노선 등과 같은 노선 운영 전략 정보, 고정식 또는 폐쇄식 등과 같은 신호 운영 방식 정보, 열차간 안전유지 방식 정보, 첨두시 및 비첨두시 배차간격 정보, 목표 승객 서비스 수준 정보 중 적어도 하나의 정보가 포함된다.
제2 시나리오 데이터에는 상술한 정보들 이외에 해당 비상 상황에 대한 다양한 대응 방안 타입 정보가 더 포함되는데, 여기서, 비상 상황에 대한 대응 방안 타입은 시스템 일시 정지 방안, 비상 열차 투입 방안, 열차 부분 운행 방안, 및 시스템 정지 방안 등을 포함한다.
특히, 본 발명에 따른 철도 네트워크 편집장치(110)는 미리 정해진 형식의 도면 파일에 포함된 복수개의 레이어들 중 철도망을 구성하게 될 선로, 분기기, 및 신호기와 철도 시설물 중 적어도 하나가 포함된 레이어를 추출하고, 추출된 레이어에 포함된 철도 노선, 분기기, 신호기, 및 철도 시설물로부터, 선로를 구성하게 될 노드 및 링크의 위치정보 및 속성정보, 신호기의 위치정보 및 속성정보, 분배기의 위치정보 및 속성정보, 또는 철도 시설물의 위치정보 및 속성정보를 획득함으로써 철도망 데이터를 보다 손쉽게 생성할 수 있다.
이때, 미리 정해진 형식의 도면 파일은 GIS분야에서 사용하는 SHP파일이나 CAD 파일일 수 있다.
다음으로, 시뮬레이션 장치(120)는 철도 네트워크 편집 장치(110)에 의해 생성된 철도망 데이터, 철도 시설물 데이터, 열차 운행 스케쥴 데이터, 열차 데이터, 승객 수요 데이터, 파라미터 데이터, 제1 시나리오 데이터, 및 제2 시나리오 데이터를 이용하여 시뮬레이션을 수행함으로써 시뮬레이션 결과를 생성하고, 생성된 시뮬레이션 결과를 데이터베이스 관리장치(160)를 통해 데이터베이스(170)에 저장하는 것으로서, 이러한 시뮬레이션 장치(120)를 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 장치의 개략적인 블럭도이다. 도시된 바와 같이, 시뮬레이션 장치(120)는 가상 철도 네트워크 구축 모듈(400), 시뮬레이션 모형 결정 모듈(410), 시뮬레이터 선택 모듈(420), 제1 시뮬레이터(430), 및 제2 시뮬레이터(440)를 포함한다.
먼저, 가상 철도 네트워크 구축 모듈(400)은, 철도 네트워크 편집장치(100)으로부터 수신되는, 철도망 데이터, 철도 시설물 데이터, 열차 운행 스케쥴 데이터, 열차 데이터, 및 승객 수요 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 가상의 철도 네트워크를 구축한다.
이러한 가상 철도 네트워크 구축 모듈(400)의 구성을 도 3를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 철도 네트워크 구축 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가상 철도 네트워크 구축 모듈(400)은 가상 철도망 생성부(500), 가상 철도 시설물 생성부(510), 가상 열차 운행 스케쥴 생성부(520), 가상 열차 생성부(530), 및 가상 승객 생성부(540)를 포함한다.
먼저, 가상 철도망 생성부(500)는 철도망 데이터 생성 모듈(220)에 의해 생성된 철도망 데이터를 데이터베이스 관리장치(160)를 통해 데이터베이스(170)로부터 획득하고, 이를 이용하여 노드 및 링크 형태로 구성되는 가상의 선로를 생성하고, 가상의 선로 상에 가상의 신호기 및 가상의 분기기를 생성한다.
다음으로, 가상 철도 시설물 생성부(520)는 철도 시설물 데이터 생성 모듈(230)에 의해 생성된 철도 시설물 데이터를 데이터베이스 관리장치(160)를 통해 데이터베이스(170)로부터 획득하고, 이를 이용하여 가상 철도망 생성부(500)에 의해 생성된 철도망 상에 가상의 철도 시설물을 생성하고, 각 철도 시설물들의 속성 정보에 따라 각 철도 시설물들의 속성을 설정한다.
다음으로, 가상 열차 운행 스케쥴 생성부(520)는 열차 운행 스케쥴 데이터 생성부(242)에 의해 생성된 열차 운행 스케쥴 데이터를 데이터베이스 관리장치(160)를 통해 데이터베이스(170)로부터 획득하고, 이를 이용하여 가상의 열차 운행 스케쥴을 생성한다.
예컨대, 가상 열차 운행 스케쥴 생성부(520)는 각 열차 운행 스케쥴 데이터 별로 역사 순서 및 역사별 출발시각, 운행번호의 쌍으로 가상의 열차 운행 스케쥴을 생성한다.
다음으로, 가상 열차 생성부(530)는 열차 데이터 생성부(244)에 의해 생성된 열차 데이터를 데이터베이스 관리장치(160)를 통해 데이터베이스(170)로부터 획득하고, 이를 이용하여 가상의 열차를 생성하고, 생성된 열차의 속성을 설정한다.
예컨대, 가상 열차 생성부(530)는, 각 열차 데이터에 기초하여, 1량의 객차를 생성하고, 생성된 1량의 객체를 열차 편성에 따라 순서대로 조립한 후, 각 열차 편성에 열차 고유 번호를 할당함으로써 가상의 열차를 생성한다. 이후, 가상 열차 생성부(530)는 각각의 열차 마다 열차에 해당하는 무게, 견인력, 제동력, 저항계수 및 가감속 프로파일등 속성을 설정한다.
다음으로, 가상 승객 생성부(540)는 승객 데이터 생성부(246)에 의해 생성된 승객 수요 데이터를 데이터베이스 관리장치(160)를 통해 데이터베이스(170)로부터 획득하고, 이를 이용하여 열차 운행 시뮬레이션에 이용될 가상의 승객을 생성하고 관련된 속성을 설정한다.
예컨대, 가상 승객 생성부(540)는 시간대별 승객 수요 데이터에 따라서 각 역사 별로 열차에 승하차할 가상의 승객을 생성한다. 이때, 가상 승객 생성부(540)는, 승객의 특성에 따라 승객의 속성을 여러 가지 유형으로 설정할 수 있으며, 승객의 유형에 따라 이동속도 이동패턴 등을 다르게 설정할 수 있다. 생성된 가상 승객은 각 역사에서 가상 열차에 탑승한 후 도착역에서 하차하게 된다.
다시 도 2를 참조하면, 시뮬레이션 모형 결정 모듈(410)은, 철도망 데이터, 철도 시설물 데이터, 열차 운행 스케쥴 데이터, 열차 데이터, 및 승객 수요 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 철도 네트워크의 유형 및 규모를 판단하고, 판단된 철도 네트워크의 유형 및 규모 중 적어도 하나에 따라 열차 운행 시뮬레이션에 이용될 시뮬레이션 모형을 결정한다.
이러한 시뮬레이션 모형 결정 모듈(410)의 구성을 도 4을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 모형 결정 모듈의 개략적인 블럭도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 시뮬레이션 모형 결정 모듈(410)은 철도 네트워크 유형 판단부(600), 철도 네트워크 규모 판단부(610), 및 시뮬레이션 모형 선택부(620)를 포함한다.
먼저, 철도 네트워크 유형 판단부(600)는, 철도망 데이터 및 철도 시설물 데이터를 이용하여 철도 네트워크의 유형을 판단한다. 구체적으로 철도 네트워크 유형 판단부(600)는, 철도망 데이터 및 철도 시설물 데이터로부터 획득되는 차량기지, 본선, 및 주박기지 간의 연결관계에 따라 철도 네트워크의 유형을 판단한다.
다음으로, 철도 네트워크 규모 판단부(610)는, 철도망 데이터로부터 획득되는 노드, 링크, 신호기, 및 분기기의 개수, 상기 철도 시설물 데이터로부터 획득되는 철도 시설물의 개수, 열차 운행 스케쥴 데이터로부터 획득되는 열차들의 운행 횟수, 열차 데이터로부터 획득되는 열차의 개수, 및 승객 수요 데이터로부터 획득되는 승객 수요의 양 중 적어도 하나에 따라 철도 네트워크의 규모를 판단한다.
다음으로, 시뮬레이션 모형 선택부(620)는, 철도 네트워크의 유형 및 규모를 기초로 하여 시뮬레이션 모형을 선택한다. 일 실시예에 있어서, 시뮬레이션 모형 선택부(600)는, 거시(Macro)모형, 중간(Meso)모형, 미시(Micro)모형 중 어느 하나의 모형을 시뮬레이션 모형으로 선택하거나 상술한 모형들 중 2개 이상의 모형을 결합한 Hybrid(혼합모형) 모형을 시뮬레이션 모형으로 선택할 수 있다.
여기서, 거시(Macro) 모형은 개별 열차에 대한 움직임 보다는 철도의 총체적 묘사에 그 기반을 두는 것으로서 열차의 평균속도, 열차의 위치구간, 평균주행시간 등의 측정은 가능하나 열차의 시간대별 위치, 시간대별 주행속도, 시간대별 가감속 행태 등 세밀한 열차의 주행특성을 반영하는 한계가 있다.
중간(Meso)모형은 거시(Macro)모형과 미시(Micro)모형의 특성을 갖추고 이산과 연속적인 특성을 조합한 모형으로서, 개별 열차 단위 또는 군집 열차 단위로 분석할 수 있다.
미시(Micro) 모형은 개별 열차에 대한 연속적인 혹은 순간적인 속도와 위치 자료를 바탕으로 열차간 상호작용을 시뮬레이션 하는 것으로서, 열차 단위로 실제 철도망에서 어떻게 움직이는가에 대한 보다 현실적인 개념을 나타낼 수 있지만 많은 자료와 계산이 요구된다는 한계가 있다.
예컨대, 시뮬레이션 모형 선택부(620)는, 철도 네트워크의 규모가 노드, 링크, 신호기, 및 분기기의 개수, 철도 시설물의 개수, 열차들의 운행 횟수, 열차의 개수, 및 승객 수요의 양의 합이 제1 임계치 이상이면, 시뮬레이션 모형으로 거시 모형을 선택할 수 있다.
또한, 시뮬레이션 모형 선택부(620)는, 철도 네트워크의 규모가 노드, 링크, 신호기, 및 분기기의 개수, 철도 시설물의 개수, 열차들의 운행 횟수, 열차의 개수, 및 승객 수요의 양의 합이 제1 임계치보다 작고 제2 임계치 이상이면 시뮬레이션 모형으로 메조 모형을 선택할 수 있다.
또한, 시뮬레이션 모형 선택부(620)는, 철도 네트워크의 규모가 노드, 링크, 신호기, 및 분기기의 개수, 철도 시설물의 개수, 열차들의 운행 횟수, 열차의 개수, 및 승객 수요의 양의 합이 제2 임계치보다 작으면 시뮬레이션 모형으로 미시 모형을 선택할 수 있다.
또 다른 예로, 시뮬레이션 모형 선택부(620)는, 특정 역사 내에서의 열차 운행과 본선에서의 열차 운행을 동시에 시뮬레이션 하기 원하는 경우 특정 역사 내에서의 열차 운행 시뮬레이션에는 미시 모형이 적용되고, 본선에서의 열차 운행 시뮬레이션에는 거시 모형이 적용될 수 있도록 Hybrid(혼합모형) 모형을 시뮬레이션 모형으로 선택할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 시뮬레이터 선택 모듈(420)은, 비상 상황 이벤트 발생 여부에 따라 제1 시뮬레이터(430) 및 제2 시뮬레이터(440) 중 어느 하나의 시뮬레이터를 열차 운행 시뮬레이션을 위한 시뮬레이터로 선택한다.
즉, 시뮬레이터 선택 모듈(420)은 일반적으로는 제1 시뮬레이터(430)를 선택함으로써 정상 상황에서 열차 운행 시뮬레이션이 수행될 수 있도록 하고, 비상 상황 이벤트가 발생되면, 제2 시뮬레이터(440)를 선택함으로써 비상 상황에서 열차 운행 시뮬레이션이 수행되도록 한다.
이때 비상 상황 이벤트는 사용자에 의해 입력되거나 상기 이벤트 발생 모듈(480)로부터 입력될 수 있다.
다음으로, 제1 시뮬레이터(430)는, 시뮬레이터 선택모듈(420)에 의해 제1 시뮬레이터(430)가 선택되면, 철도 네트워크 편집장치(110)에 의해 생성된 파라미터 데이터 및 제1 시나리오 데이터에 따라 정상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 적어도 하나의 알고리즘을 실행하여, 시뮬레이션 결과 데이터를 생성한다. 이후, 생성된 시뮬레이션 결과 데이터를 데이터베이스 관리장치(160)를 통해 데이터베이스(170)에 저장한다.
구체적으로, 제1 시뮬레이터(430)는 제1 시나리오 데이터에 따라 차량기지 제어 알고리즘, 주박기지 제어 알고리즘, 열차 주행 알고리즘, 승객 제어 알고리즘, 철도망 제어 알고리즘, 전력 제어 알고리즘, 안전제동거리 제어 알고리즘, 폐색구간 제어 알고리즘 중 적어도 하나를 실행함으로써 정상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 수행하고, 시뮬레이션 결과 데이터를 생성한다.
여기서 차량기지 제어 알고리즘은 차량기지에 입고된 열차의 상태에 따라서 열차에 필요한 작업을 할당하는 알고리즘이고, 주박기지 제어 알고리즘은 주박기지로 입고된 열차의 상태에 따라서 열차에 필요한 작업을 할당하는 알고리즘이며, 작업수행 알고리즘은 차량기지 제어 알고리즘 또는 주박기지 제어 알고리즘에 의해 할당된 작업에 필요한 시간 및 소요 인력 등의 자료를 이용하여 작업을 수행하는 알고리즘이다.
열차 주행 알고리즘은, 열차 주행에 필요한 분기기, 신호기, 주변의 철도 시설물, 및 주행 중인 열차 선로의 상태 등에 따라 열차의 견인력, 제동력, 가감속 프로파일, 선로의 곡률, 구배, 주행 저항 등 열차의 주행속도에 영향을 미치는 다양한 요소를 결합하여 열차를 주행시키고, 열차의 현재 속도 및 위치를 업데이트 하는 알고리즘이다.
승객 제어 알고리즘은 각 승객의 열차 승하차 및 역사 내에서의 이동 등을 제어하는 알고리즘으로, 구체적으로 승객 제어 알고리즘은, 승객의 이동을 위한 이동경로를 설정하고 설정된 이동경로에 따라 승객을 이동시키는 알고리즘이다.
철도망 제어 알고리즘은 가상의 열차가 주행할 주행 경로에 포함된 선로에 대해 분기기, 신호기, 또는 철도 시설물 등의 상태를 변경하여 열차가 운행 가능 하도록 경로를 확보해 주는 알고리즘이다.
구체적으로, 철도망 제어 알고리즘은, 분기기 연결 상태의 변경에 따라 주행 중인 열차에게 통행에 대한 허가 및 불허가에 대한 상태를 제공해주기 위해 신호기의 상태를 변경하거나, 주행 경로에 포함된 선로 상에 존재하는 분기기를 열차가 주행가능 하도록 그 연결 상태를 변경한다.
여기서, 분기기의 연결 상태를 변경함에 있어서, 먼저 주행할 열차가 해당 분기기에 대한 우선권을 획득한 후 주행 경로에 맞도록 분기기 연결상태 변경을 요청하게 되고, 이후 분기기 연결 상태를 변경하기 위한 준비 시간이 경과하면 분기기의 연결 상태를 변경하게 된다.
분기기의 연결 상태를 변경하기 위한 준비시간 및 분기기 연결 상태 변경 시간 등은 파라미터 데이터 생성부(250)에 의해 생성된 파라미터 데이터에 따라 결정된다.
전력 제어 알고리즘은, 본선에 위치하는 각 전력 공급 지점으로부터의 전력 공급 영역을 설정하고, 해당 영역을 주행하는 열차에 대한 전력 공급을 제어하는 알고리즘이다. 이때, 전력 제어 알고리즘은 공급되는 전력, 열차의 주행 상태에 따른 소비 전력, 열차의 제동에 따른 회생 전력 등을 고려하여 전력 공급을 제어한다.
안전제동거리 제어 알고리즘은, 주행중인 열차와 선행 열차간의 속도차이나 열차간 거리 등과 같이 열차의 주행 속도에 영향을 미치는 다양한 요소를 고려하여 선행 열차가 급정시에도 주행중인 열차를 안전하게 정지시킬 수 있는 최소한의 안전제동거리를 계산하고, 주행중인 열차가 계산된 안전제동거리를 확보한 상태로 주행하는지 여부를 판단하여 최소안전제동거리를 확보하지 못하였을 경우 속도를 낮추어 최소안전제동거리를 확보 할 수 있도록 열차의 속도를 강제로 조정하는 알고리즘이다.
폐색 구간 제어 알고리즘은 주행 중인 열차의 안전을 위해 각 열차에 대한 폐색 구간을 설정하고, 설정된 폐색구간에 대한 침범여부를 판단하여 열차를 다음 폐색구간으로 주행 시킬 것인지 아니면 현재 구간에서 정지 시킬 것인지 여부를 판단하는 알고리즘이다.
이와 같이, 제1 시뮬레이터(440)는, 제1 시나리오 데이터에 따라 다양한 알고리즘을 이용하여 정상 상황에서의 열차 운행을 시뮬레이션 한다.
다음으로, 제2 시뮬레이터(440)는, 시뮬레이터 선택모듈(420)에 의해 제2 시뮬레이터(440)가 선택되면, 철도 네트워크 편집장치(110)에 의해 생성된 파라미터 데이터 및 제2 시나리오 데이터에 따라 비상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 적어도 하나의 알고리즘을 실행하여, 시뮬레이션 결과 데이터를 생성한다. 이후, 생성된 시뮬레이션 결과 데이터를 데이터베이스 관리장치(160)를 통해 데이터베이스(170)에 저장한다.
구체적으로, 제2 시뮬레이터(440)는 경로 탐색 모듈(460)에 부분 운행 경로가 생성되고, 비상 운행 스케쥴 생성 모듈(470)에 의해 비상 운행 스케쥴이 생성되면 제2 시나리오 데이터에 따라 차량기지 제어 알고리즘, 주박기지 제어 알고리즘, 열차 주행 알고리즘, 승객 제어 알고리즘, 철도망 제어 알고리즘, 전력 제어 알고리즘, 안전제동거리 제어 알고리즘, 폐색구간 제어 알고리즘 중 적어도 하나를 실행함으로써 비상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 수행하고, 시뮬레이션 결과 데이터를 생성한다.
여기서, 차량기지 제어 알고리즘, 주박기지 제어 알고리즘, 열차 주행 알고리즘, 승객 제어 알고리즘, 철도망 제어 알고리즘, 전력 제어 알고리즘, 안전제동거리 제어 알고리즘, 및 폐색구간 제어 알고리즘은 상술한 제1 시뮬레이터(430) 부분에서 설명한 것과 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치(120)의 경우, 제2 시뮬레이터(440)가 제2 시나리오 데이터에 따라 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 하기 위해, 대응 타입 결정 모듈(450), 경로 탐색모듈(460), 및 비상 운행 스케쥴 생성 모듈(470)을 더 포함할 수 있다.
대응 타입 결정 모듈(450)은, 시뮬레이터 선택 모듈(420)에 의해 제2 시뮬레이터(440)가 선택되면, 비상 상황에 대한 대응 방안으로 제2 시나리오 데이터에 포함된 비상 상황에 대한 다양한 대응 방안(예컨대, 시스템 일시 정지 방안, 부분 운행 수행 방안, 시스템 정지 방안 등) 중 어느 하나의 대응 방안을 결정한다. 이때, 대응 방안의 선택은 발생된 비상 상황의 종류에 따라 결정될 수 있다.
예컨대, 특정 역사 내에 문제가 발생되어 해당 역사로의 열차의 출입이 통제되는 비상 상황이 발생된 경우, 대응 타입 결정 모듈(450)은 대응 방안으로 부분 운행 수행 방안을 결정할 수 있다.
다음으로, 경로 탐색모듈(460)은 대응 타입 결정 모듈(450)에 의해 부분 운행 수행 방안이 결정되면, 현재 운행되고 있는 본선의 노선을 운행이 불가능한 역사를 제외한 상태에서 분기기 연결 상태 등을 고려하여 열차의 회차가 가능한 부분 운행 구간을 탐색하여 부분 운행 경로를 생성하고, 생성된 부분 운행 경로를 제2 시뮬레이터(440)로 제공한다.
다음으로, 비상 운행 스케쥴 생성 모듈(470)은 경로 탐색 모듈(460)에 의해 생성된 부분 운행 경로에 따라 비상 운행 스케쥴을 생성하여 현재 주행중인 열차에 대해 설정되어 있는 열차 운행 스케쥴을 비상 운행 스케쥴로 대체한다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 시뮬레이션 장치(120)의 경우, 제2 시뮬레이터(440)가 제2 시나리오 데이터에 따라 시뮬레이션을 수행하는 상황을 만들기 위해, 비상 상황 이벤트를 발생시키는 이벤트 발생 모듈(480)을 더 포함할 수 있다.
이러한 이벤트 발생 모듈(480)은, 비상 상황의 타입, 비상 상황이 발생될 시간, 및 비상 상황이 발생될 위치를 랜덤하게 조합하여 비상 상황 이벤트를 자동으로 발생시키고, 발생된 비상 상황 이벤트를 시뮬레이터 선택 모듈(420)로 제공한다.
상술한 실시예에 있어서는 이벤트 발생 모듈(480)에 의해 비상 상황 이벤트가 발생되는 것으로 기재하였지만, 변형된 실시예에 있어서는 비상 상황 이벤트는 사용자에 의해 직접 입력 될 수 있으므로, 이러한 이벤트 발생 모듈(480)은 선택적으로 포함될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 시뮬레이션 결과 출력장치(130)는 시뮬레이션 장치(120)에 의해 생성된 시뮬레이션 결과 데이터를 출력하는 장치로써, 리포팅 장치(140) 및 애니메이션 장치(150) 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명에 따른 리포팅 장치(140)는, 시뮬레이션의 결과 데이터 중 열차주행 결과 데이터, 열차운영 결과 데이터, 열차안전제동거리 데이터, 차량기지 작업결과 데이터, 본선 승객 승하차 결과 데이터, 전력 사용량 데이터, 비상상황 대응 결과 데이터, 열차 운행 스케쥴 준수율 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 분석하여 그 결과를 그래프 또는 도표 형태로 출력한다.
또한, 본 발명에 따른 애니메이션 장치(150)는, 시뮬레이션의 결과 데이터 중 열차의 위치데이터로부터 열차의 좌표 데이터를 생성하고, 열차 운행 시뮬레이션의 결과 데이터 중 열차의 정적 데이터, 열차의 동적 데이터, 및 열차의 위치 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 열차 이동 상태 데이터 및 열차 경로 상태 데이터를 생성하며, 열차의 좌표 데이터, 열차 이동 상태 데이터, 및 열차 경로 상태 데이터를 이용하여 시뮬레이션 결과를 애니메이션 형태로 출력한다.
여기서, 열차 이동 상태 데이터는, 열차의 견인력, 제동력, 회전반경, 선로구배, 마찰저항, 및 주행저항 등의 상태를 애니메이션으로 제공하기 위한 데이터를 의미하고, 열차 경로 상태 데이터는, 열차의 주행경로에 속하는 폐색구간, 분기기, 및 신호기 등의 상태를 애니메이션으로 제공하기 위한 데이터를 의미한다.
특히, 본 발명에 따른 애니메이션 장치(150)는 각 역사 내에서 이동하는 승객의 이동 상태 데이터를 생성하고, 이를 이용하여 각 역사 내에서 이동하는 승객을 애니메이션 형태로 사용자에게 제공할 수 있다.
도 1에서는 리포팅 장치(140) 및 애니메이션 장치(150)가 별개의 구성요소인 것처럼 도시하였지만, 변형된 실시예에 있어서는 리포팅 장치(140)와 애니메이션 장치(150)가 하나의 구성요소로 통합되어 구성될 수 있을 것이다.
다음으로, 데이터베이스 관리장치(160)는 상술한 철도 네트워크 편집장치(110), 시뮬레이션 장치(120), 리포팅 장치(140), 및 애니메이션 장치(150)를 데이터베이스(170)와 연계함으로써 각 장치(110~150) 들의 데이터 입출력을 담당하는 것으로서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 데이터베이스 관리 장치(160)는 각 장치(110~150)들에 종속되지 않고 별도의 장치로 구성되어 있으므로, 데이터베이스 관리장치(160)의 유지보수가 용이하다는 장점이 있다.
또한, 데이터베이스 관리 장치(160)는 시뮬레이션 결과가 발생될 때마다 데이터베이스(170)에 직접 저장하는 것이 아니라 메모리(미도시)상에 임시적으로 저장하였다가 시스템의 자원 사용율 예컨대, CPU의 사용율이 낮은 시간에 시뮬레이션 결과를 데이터베이스(170)에 저장하거나 일정시간 주기로 시뮬레이션 결과를 데이터베이스(170)에 저장함으로써 데이터베이스(170)의 입출력횟수를 감소시킬 수 있다.
도 5는 상술한 시뮬레이션 장치(120)가 도 1에 도시된 열차 운행 시뮬레이션 시스템(100)에 포함되는 경우 열차 운행 시뮬레이션 시스템(100)의 물리적 구성을 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 각 장치(110~150)는 데이터베이스 관리 장치(160)와 GUI(Graphic User Interface) 장치(1300) 사이의 계층에 위치하며 데이터베이스 관리 장치(160) 하부에 데이터베이스(170)가 위치한다.
이러한 열차 운행 시뮬레이션 시스템(100)은 GUI(Graphic User Interface) 장치(1300)와 콤포넌트 라이브러리(1310) 사이에 위치하며, 콤포넌트 라이브러리(1310) 하부에 .NET Framework 또는 JAVA Virtual Machine과 같은 형태의 개발언어 해석 프레임워크(1320)가 위치하고, 그 하부에 S/W 또는 H/W로 구성되는 그래픽 처리 장치(1330)가 위치하며, 그 하부에 Windows, Linux와 같은 운영체계(1340)가 위치하게 된다.
상술한 열차 운행 시뮬레이션 장치 및 이를 포함하는 열차 운행 시뮬레이션 시스템은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 이때, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 한편, 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에는 하드 디스크와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM이나 DVD와 같은 광기록 매체(Optical Media), 또는 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media)를 포함하거나, 메모리(예컨대, 롬(ROM), 램(RAM), 또는 플래시 메모리)와 중앙 처리 장치(CPU) 등으로 구성되어 상술한 열차 운행 시뮬레이션 장치 및 이를 포함하는 열차 운행 시뮬레이션 시스템의 기능을 구현한 프로그램을 수행할 수 있는 하드웨어 장치가 포함된다.
또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 열차 운행 시뮬레이션을 위한 가상의 철도 네트워크를 구축하는 가상 철도 네트워크 구축모듈;
    정상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 제1 시나리오 데이터에 따라 상기 가상 철도 네트워크 상에서 적어도 하나의 알고리즘을 실행함으로써 상기 정상 상황에서의 열차 운행을 시뮬레이션 하는 제1 시뮬레이터;
    비상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 제2 시나리오 데이터에 따라 상기 가상 철도 네트워크 상에서 적어도 하나의 알고리즘을 실행함으로써 상기 비상 상황에서의 열차 운행을 시뮬레이션 하는 제2 시뮬레이터; 및
    비상 상황 이벤트 발생 여부에 따라 상기 제1 시뮬레이터 및 제2 시뮬레이터 중 어느 하나의 시뮬레이터를 상기 열차 운행 시뮬레이션을 위한 시뮬레이터로 선택하는 시뮬레이터 선택 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    가상 철도 네트워크 구축모듈은, 철도망 데이터, 철도 시설물 데이터, 열차 운행 스케쥴 데이터, 열차 데이터, 및 승객 수요 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 이용하여 상기 가상 철도 네트워크를 구축하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열차 운행 시뮬레이션 장치는,
    상기 열차 운행 시뮬레이션에 이용될 시뮬레이션 모형을 결정하는 시뮬레이션 모형 결정 모듈을 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 시뮬레이터는 상기 시뮬레이션 모형 결정 모듈에 의해 결정된 시뮬레이션 모형에 따라 상기 시뮬레이션을 수행하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 시뮬레이션 모형 결정 모듈은,
    철도망 데이터, 철도 시설물 데이터, 열차 운행 스케쥴 데이터, 열차 데이터, 및 승객 수요 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 상기 철도 네트워크의 유형을 판단하는 철도 네트워크 유형 판단부;
    철도망 데이터, 철도 시설물 데이터, 열차 운행 스케쥴 데이터, 열차 데이터, 및 승객 수요 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 상기 철도 네트워크의 규모를 판단하는 철도 네트워크 규모 판단부; 및
    상기 철도 네트워크의 유형 및 규모 중 적어도 하나에 따라 상기 시뮬레이션 모형을 선택하는 시뮬레이션 모형 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 철도 네트워크 유형 판단부는, 상기 철도망 데이터로부터 획득되는 차량기지, 본선, 및 주박기지 간의 연결관계에 따라 상기 철도망의 유형을 판단하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 철도 네트워크 규모 판단부는, 상기 철도망 데이터로부터 획득되는 노드, 링크, 신호기, 및 분기기의 개수, 상기 철도 시설물 데이터로부터 획득되는 철도 시설물의 개수, 열차 운행 스케쥴 데이터로부터 획득되는 열차들의 운행 횟수, 열차 데이터로부터 획득되는 열차의 개수, 및 승객 수요 데이터로부터 획득되는 승객 수요의 양 중 적어도 하나에 따라 상기 철도 네트워크의 규모를 판단하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 모형 생성부는, 마이크로(Microscopic) 모형, 메조(Mesoscopic) 모형, 매크로(Macroscopic) 모형, 및 하이브리드(Hybrid) 모형 중 적어도 하나의 모형을 상기 열차 운행 시뮬레이션에 이용할 시뮬레이션 모형으로 결정하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 수행을 위한 적어도 하나의 알고리즘은, 차량기지 제어 알고리즘, 주박기지 제어 알고리즘, 열차 주행 알고리즘, 승객 제어 알고리즘, 철도망 제어 알고리즘, 전력 제어 알고리즘, 안전제동거리 제어 알고리즘, 폐색구간 제어 알고리즘 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 열차 운행 시뮬레이션 장치는,
    상기 시뮬레이터 선택 모듈에 의해 상기 제2 시뮬레이터가 선택되면, 상기 제2 시나리오에 포함되어 있는 비상 상황에 대한 대응 타입들 중 수행 가능한 대응 타입을 결정하는 대응 타입 결정 모듈;
    결정된 대응 타입이 부분 운행인 경우, 상기 가상 철도 네트워크 상에서 부분 운행이 가능한 구간을 탐색하여 부분 운행 경로를 생성하는 경로 탐색 모듈; 및
    상기 생성된 부분 운행 경로에 따라 비상 운행 스케쥴을 생성하고, 상기 가상 철도 네트워크 상에서 운행 중인 열차의 열차 운행 스케쥴을 상기 비상 운행 스케쥴로 대체하는 비상 운행 스케쥴 생성 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 열차 운행 시뮬레이션 장치는,
    비상 상황의 타입, 상기 비상 상황이 발생될 시간, 및 상기 비상 상황이 발생될 위치를 랜덤하게 조합하여 상기 비상 상황 이벤트를 발생시키는 이벤트 발생 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시나리오 데이터에는, 단일노선, 급행노선, 분기노선 등과 같은 노선 운영 전략 정보, 고정식 또는 폐쇄식 등과 같은 신호 운영 방식 정보, 열차간 안전유지 방식 정보, 첨두시 및 비첨두시 배차간격 정보, 목표 승객 서비스 수준 정보 중 적어도 하나의 정보가 포함되고,
    상기 제2 시나리오 데이터에는, 상기 비상 상황에 대해 일시 정지, 시스템 정지, 부분 운행, 열차 커플링, 및 수리차 투입 중 적어도 하나를 포함하는 대응 방안 타입이 포함되는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 장치.
  12. 열차 운행 시뮬레이션 시스템에 있어서,
    가상 철도 네트워크의 유형 및 규모에 따라 열차 운행 시뮬레이션에 이용될 시뮬레이션 모형을 결정하고, 상기 결정된 시뮬레이션 모형에 따라 정상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 제1 시나리오 데이터를 이용하여 정상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 수행하고, 비상 상황 이벤트가 발생되면 비상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 위한 제2 시나리오 데이터를 이용하여 비상 상황에서의 열차 운행 시뮬레이션을 수행함으로써 시뮬레이션 결과 데이터를 생성하는 시뮬레이션 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    철도망 데이터, 철도 시설물 데이터, 열차 운행 스케쥴 데이터, 열차 데이터, 승객 수요 데이터, 열차 운행 시뮬레이션을 위한 파라미터 데이터, 상기 제1 시나리오 데이터, 및 상기 제2 시나리오 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 생성하여 상기 시뮬레이션 장치로 제공하는 철도 네트워크 편집장치를 더 포함하고,
    상기 시뮬레이션 장치는 상기 철도망 데이터, 철도 시설물 데이터, 열차 운행 스케쥴 데이터, 열차 데이터, 및 승객 수요 데이터를 이용하여 상기 가상 철도 네트워크를 구축하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 시뮬레이션의 결과 데이터 중 열차주행 결과 데이터, 열차운영 결과 데이터, 열차안전제동거리 데이터, 차량기지 작업결과 데이터, 본선 승객 승하차 결과 데이터, 전력 사용량 데이터, 비상상황 대응 결과 데이터, 열차 운행 스케쥴 준수율 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 분석하여 표 또는 그래프 형태로 출력하는 리포팅 장치; 및
    상기 열차 운행 시뮬레이션의 결과 데이터 중 열차의 위치데이터로부터 열차의 좌표 데이터를 생성하고, 열차 운행 시뮬레이션의 결과 데이터 중 열차의 정적 데이터, 열차의 동적 데이터, 및 상기 열차의 위치 데이터 중 적어도 하나를 이용하여 열차 이동 상태 데이터 및 열차 경로 상태 데이터를 생성하며, 상기 열차의 좌표 데이터, 열차 이동 상태 데이터, 및 열차 경로 상태 데이터를 이용하여 상기 시뮬레이션 결과를 애니메이션 형태로 출력하는 애니메이션 장치 중 적어도 하나의 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 운행 시뮬레이션 시스템.
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